某料仓倒塌原因分析

吴文祥 黄智斌 魏倩

（苏州华碧微科检测技术有限公司，江苏苏州 215024）

料仓是平面为圆形、方形、矩形、多边形或其他几何形状的贮存散料的容器。料仓可用于储存粒状、粉状、液体物料，在工农业、环保等领域得到广泛应用，具有仓储量大、施工时间短、先进出料系统、用途广泛、结构独特、投资少、安全可靠和节能环保等优点。但其在设计、施工和使用等一系列现存的问题，导致其发生倒塌的概率大大增加。料仓倒塌失效是指料仓由于某种内在或外来的原因遭到破坏，不仅完全丧失了结构的承载力功能和本身的使用功能，而且完全失去了自立功能，局部或整体倒塌在地上，完全丧失恢复功能的可能性。目前，国内学者对料仓倒塌原因进行了大量研究。程文超等人[1]通过对料仓锥体底部的钢板、支腿与筒体连接处的焊缝分别进行无损检测，发现料仓锥体底部焊缝质量存在不同程度的缺陷，导致料仓锥体底部钢板开裂、支腿发生弯曲，引起料仓倒塌。朱兆华等人[2]发现钢架整体稳定性设计不能满足规范要求导致石灰石料仓倒塌。周新祥等人[3]对钢结构支架上端与筒体焊接及连接处的应力强度进行分析计算，结果表明，焊接面尺寸不足造成焊接强度不够，使上端与筒体先脱离，钢结构支架失效，储料仓倒塌破坏。料仓结构钢材的选用应遵循技术可靠、经济合理的原则，需要考虑荷载特征、连接方法、结构形式、应力状态、工作环境、钢材厚度及价格等因素。料仓采用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和磷、硫含量的合格保证，本文通过结构稳定性、焊接质量、化学成分和力学性能分析了料仓倒塌的原因，为同类料仓的结构安全设计提供了可靠的参考依据。

1.料仓结构

料仓的组成结构主要由仓上建筑物、仓顶、仓壁、仓底、仓下支撑结构（筒壁或柱）及基础六个主要部分构成。仓上建筑物是根据料仓的实际功能所设置的结构，根据工艺要求进行建造，仓顶是封闭仓体顶面的结构，仓壁是与贮料直接接触且承受贮料侧压力的仓体竖壁，仓底是料仓仓壁下面的封闭结构，仓下支撑结构是料仓基础以上仓体以下的支撑结构，内衬是用于仓底、漏斗及部分仓壁的保护结构，一般采用抗磨耗且有利于贮料流动的衬砌。该料仓为单排矩形筒仓，共由六个筒仓组成，其中4个承载量为38.5t，另外2个承载量为22t，料仓整体高度为11000mm，仓体高度为4500mm，其中1#～4#料仓正面宽度为3500mm，5#～6#料仓正面宽度为2000mm，20H钢牌号为Q235B，料仓是送料系统的一部分，料仓进料方式为压送式气力输送，饲料依靠气力从顶部进仓口进入仓体，料斗下部有电动闸和手动闸，仓底有运料车手动向较远养殖处运输饲料。料仓示意图如图1所示。

图1 料仓示意图

2.事故简介

料仓于2019年10月份开始使用，平时使用料仓装载量约为40%，过年期间装载量约70%，2020年1月份料仓突然倒塌，倒塌当晚进料仓为第四个料仓，倒塌时第一个料仓没有饲料，其余装载70%～80%，随后在料仓筒壁上切割开口，将饲料转移，料仓倒塌图如图2所示。

图2 料仓倒塌图片

3.倒塌原因分析

3.1 现场调查分析

料仓立柱和仓体底框为20H钢，仓体侧边框为16号槽钢，仓壁的加强筋及顶部框为10号槽钢，未见立柱间有支撑，立柱柱脚焊接有底板，基础中预埋的钢筋通过底板上预留孔位弯折后进行连接。料仓整体倒塌偏离基础，立柱弯折严重，有柱脚焊接底板直接与钢筋脱离，脱离的底板有弯曲变形和孔破裂的现象，部分底板与立柱分离，柱脚与底板直接与钢筋脱落，如图3～图5所示。柱脚底板焊接存在未焊透现象、焊道外观形状不良，存在凹痕、气孔等，柱脚焊接缺陷如图6和图7所示。

图3 柱脚与底板直接与钢筋脱落图

图4 柱脚与底板分离图

图5 柱脚与基础连接处图片

图6 柱脚焊接缺陷（一）

图7 柱脚焊接缺陷（二）

根据现场检查结果可知，立柱与基础连接无预埋的地脚螺栓进行固定，采用钢筋弯折无法满足结构的稳定性。柱脚与底板焊接存在缺陷，部分立柱与底板分离，连接部位的焊口存在未熔透焊实的现象，柱脚焊缝为一级焊缝，其焊缝质量不符合GB 50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》中“5.2.6一级、二级焊缝不得有表面气孔、未焊满等缺陷”的要求，亦不符合GB 50017-2017《钢结构设计标准》中“11.3焊接连接构造要求重要连接或有强度要求的对接焊缝应为熔透焊缝”的要求[4]。料仓安装时，现场施工人员的焊接技术不成熟，可能会导致焊缝质量不合格，焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，而且在缺陷处形成应力集中，裂缝往往先从那里开始，并扩展开裂，成为连接破坏的根源，对料仓的结构非常不利。支撑钢柱未见有效支撑体系。对料仓立柱H型钢进行取样检测。样品照片如图8所示。

图8 H型钢样品图

3.2 化学成分分析

依据GB/T 4336-2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）》对H型钢进行化学成分分析，并依据GB/T 700-2006《碳素结构钢》[5]进行判定，结果如表1所示。根据化学成分分析结果可知，H型钢化学成分符合Q235B的要求。

表1 化学成分分析结果（质量分数%）

3.3 力学性能测试

依据GB/T 228.1-2010《 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》对检材1进行拉伸试验，并依据GB/T 11263-2017《 热轧H型钢和剖分T型钢》及GB/T 700-2006《碳素结构钢》进行判定，结果如表2所示。根据力学性能分析结果可知，H型钢力学性能符合GB/T 11263-2017《 热轧H型钢和剖分T型钢》及GB/T 700-2006《 碳素结构钢》中Q235B的要求。

表2 拉伸试验结果

4.分析与讨论

依据GB 50884-2013 《钢筒仓技术规范》4.1.1强制性要求可知，钢筒仓的设计应计算其永久载荷、可变载荷、温度作用及地震作用，其中可变载荷包含管道输送产生的正、负压力，以及依据GB 50884-2013《钢筒仓技术规范》6.1.2强制性要求可知，矩形钢筒仓结构设计时需包括钢筒仓与基础的锚固计算。涉案料仓立柱高度6500mm，整体高度11000mm，属于典型的上大下小、上重下轻的结构，立柱与基础连接节点为重要节点，其下部支撑结构的稳定性至关重要，决定其使用寿命及安全性。涉案料仓未见有效支撑体系及可靠的基础锚固，无法满足荷载下的稳定性要求。

5.结语

料仓立柱之间无支撑，立柱与基础无锚栓固定，整体结构无稳定可靠的连接，无法满足稳定性要求，料仓在服役过程中荷载的作用下立柱失稳而倒塌。